FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS FLUIDOS

Fenômenos de Transporte, no Curso de Engenharia de Produção do Instituto de Ciências Exatas do

Universitas

Centro Universitário de Itajubá, não tendo valor comercial e não sendo autorizado seu uso com outras finalidades.

Não se destina a substituir a

Bibliografia Básica e Complementar da disciplina, servindo unicamente como roteiro de estudos.

UNIVERSITAS – Centro Universitário de Itajubá – Curso de Engenharia de Produção Fenômenos de Transporte

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UNIDADE 1 – FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS FLUIDOS

A matéria pode apresentar-se sob, pelo menos, três formas diferentes.

Estas formas, também chamadas de estados físicos fundamentais, são os estados sólido, líquido e gasoso. A matéria no estado líquido ou no estado gasoso é chamada de FLUIDO. A definição mais elementar de fluido diz: Fluido é uma substância que não tem forma própria, assumindo a forma do recipiente que o contém.

1.2 – TEORIA CINÉTICA MOLECULAR

Esta teoria define fluido da seguinte maneira: Fluidos são corpos onde as moléculas trocam de posição continuamente, ao passo que, sólidos são corpos onde as moléculas oscilam em torno de posições fixas. Nos líquidos há uma força de atração intermolecular que impede que haja grandes variações de volume numa mesma condição ambiental, mas estas forças não são suficientes para manter as moléculas em posições fixas. Assim, os líquidos assumem a forma dos recipientes que os contêm. Nos gases essas forças de atração intramolecular são fracas, permitindo que haja variações de forma e volume. Assim, os gases ocupam todo o volume dos recipientes que os contêm, assumindo, em conseqüência, suas formas

Fonte: Mecânica dos Fluidos – Marcos Rocha Vianna Figura 1 – Estados Físicos da Matéria

De acordo com a Teoria Cinética Molecular, qualquer substância pode apresentar-se em qualquer dos três estados físicos fundamentais, dependendo das condições ambientais em que se encontrem.

1.3 – MECÂNICA DOS FLUIDOS

A Mecânica dos Fluidos é a ciência que estuda o comportamento físico dos fluidos, assim como as leis que regem esse comportamento. As bases lançadas pela Mecânica dos Fluidos são fundamentais para muitos ramos de aplicação da engenharia, tais como: encanamentos, reservatórios, lubrificação, máquinas hidráulicas, ventilação, etc.

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1.4 – HIPÓTESE DO CONTÍNUO

No estudo da Mecânica dos Fluidos, freqüentemente trabalha-se com expressões matemáticas que foram deduzidas com o emprego do Cálculo Diferencial e Integral, que trabalha com dimensões infinitesimais, tais como a de comprimento (dx), a de área (dA) e a de volume (dV). Estas dimensões infinitesimais devem traduzir as características básicas do fluido estudado, para que possam bem representá-los. Desta forma, surge a dificuldade de se aplicar o cálculo diferencial e integral a um fluido, tendo em vista que esta matéria tem estrutura descontínua, sendo caracterizada pela presença de enormes vazios em seu interior. Assim, quando se trabalha com volumes infinitesimais muito pequenos de dada matéria fluida, suas propriedades não representarão as propriedades do fluido, como um todo. Para vencer este obstáculo, adota-se a HIPÓTESE DO CONTÍNUO, ou seja, adota-se que os fluidos são meios contínuos, isto é:

• despreza-se a mobilidade das moléculas e os espaços intermoleculares.

A hipótese do contínuo pode ser aplicada sempre que o volume de fluido, por menor que seja, ainda contenha número significativo de moléculas. A hipótese do contínuo não se aplica quando o caminho livre molecular for de mesma ordem de grandeza da menor dimensão significativa envolvida no problema. O caminho livre molecular é a distância percorrida pelas moléculas antes que se choquem ou que colidam com a parede do recipiente. A hipótese do contínuo também não é aplicada em escoamento de gases rarefeitos (escoamento hipersônico e tecnologia de alto vácuo), quando são empregados estudos microscópicos utilizando a teoria cinética molecular.

1.5 – EXERCÍCIOS SOBRE HIPÓTESE DO CONTÍNUO